当水被困在小洞中时，它会做一些非常奇怪的事情

一直到细胞水平，生命需要水才能生存。

预测液态 H 的流态₂O在分子尺度的管道中挤压需要一定程度的模拟，目前甚至最强大的计算机也需要这种模拟。

因此，美国的研究人员转向机器学习弄清楚当水被困在由纯碳制成的纳米大小的圆柱体中时，水的电特性是如何变化的。

不要让水表面上的简单性欺骗了你。在每个分子内部，都有一个氧在超过其公平的电子时间份额的情况下欺负其氢伙伴，从而造成电荷不平衡称为偶极子.

这种不平衡使水具有不寻常的属性混合，使其能够以考虑表面张力的方式松散地粘在一起，或者以冻结时的各种地层变成冰。

装在疏水性碳纳米管内，那是花园品种病毒可能被认为是完美的尺寸咖啡马克杯，由于水分子的局限性，水分子促进了与电场的相互作用。

确切地知道这种情况是如何以及为什么发生的还没有得到充分的描述。

“有必要了解密闭液体屏蔽电场的能力，以及这种能力如何与散装环境不同，”说主要作者Marcos Calegari Andrade，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的材料科学家。

“提高对承压水介电响应的理解不仅对于推进分离技术很重要，而且对于其他新兴应用（如能量存储和转换）也很重要。”

介电效应描述了水等材料如何对电场做出反应。当铜线等导电材料以电流的形式传输电荷时，介电材料的带电成分会旋转以对齐，从而反馈到更广阔的电场中。

将水分子填充到直径小于 10 纳米的碳纳米管中具有揭示了水的新阶段在过去和曾经显示为便于质子沿着水分子的一维链转移得更快。

扩大毛孔尺寸也暗示了在较大的水体中看不到的冰结构的形成。

然而，应用理论框架来解释这些实验结果说起来容易做起来难。通过从第一性原理构建模拟，可以构建相对完整的分子行为图景，但仅限于几分之一秒的时间尺度上的几百个原子。

为了确定在腔室中向其他方向运行的介电常数，研究人员通过机器学习过程运行了基本原理。这使得一个更完整的画面，包括量子效应，以计算势能和描述单个分子的摆动-摆动。

他们的方法揭示了一种在传统模拟下不明显的电子结构，这种结构与沿着水柱轴线延伸的管壁平行构建。

在他们的模拟中，碳纳米管轴上的介电常数随着管直径的减小而增加。它在 0.79 纳米处达到峰值，其中水分子被迫排列在一个文件中。

在这些小尺度上绘制水的介电效应增强图可以为分子生物学家提供关于水和其他物质通过微小细胞通道流动的重要线索，或者帮助研究人员定制可能在狭小空间的溶液中更有效地发挥作用的药物。

“对水介电常数的约束效应的基础研究有利于理解和改进当前的技术，”说Anh Pham，LLNL的计算材料科学家。

这项研究发表在物理化学快报.

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